人体结构之复杂精妙,简直不可思议!各个器官和组织之间,不仅有血管和神经构建的“交通网络”和“通信网络”,而且内分泌腺分泌的各种激素,如同无数遥控指令,维持着整个机体的和谐稳定。
尽管如此,骨骼和大脑之间好像也是“鸡犬之声相闻却老死不相往来”。但是,最近科学家发现它们竟然真的扯上了牵连!
哥伦比亚大学医学中心的研究人员发现,骨细胞分泌的LCN2蛋白,不仅能够诱导胰岛素分泌,而且可以穿过血脑屏障,作用于下丘脑并抑制食欲!这一发现不仅证明了骨骼的内分泌功能,而且揭示了一种此前未知的食欲调节机制。相关成果发表于今年三月份的《自然》杂志[1]。
一直以来,骨骼都被视为是一种具有支持、保护和运动等功能的惰性器官,从生到死,骨骼默默无闻地承受着“生命的重量”,直到身体变成一堆白骨时它才怒刷了一波存在感!
最近几年,研究人员逐渐发现,骨骼其实还是一个多功能的内分泌器官。由成骨细胞(骨形成的主要功能细胞)分泌的骨钙素,通过循环系统到达胰腺后,能够影响小鼠β细胞增生和促进胰岛素分泌,并增加细胞对胰岛素的敏感性[2]。研究人员甚至发现,骨钙素能够刺激睾丸中睾酮的释放,对于生殖和骨质密度产生重要影响[3]!
另外也有研究表明,骨组织分泌的成纤维细胞生长因子23(FGF23),能够通过循环系统,作用于肾脏以调节磷酸盐代谢。在肾功能衰竭、癌症和一些遗传性疾病(包括遗传型佝偻病,又称为X-连锁低磷酸盐血症)的患者中,FGF23水平飙升导致机体磷酸盐水平急剧下降,最终导致骨骼畸形的发生[4]。
这些对于骨钙素和FGF23的研究,也为科学家们发现更多有关骨骼的内分泌功能提供了思路和线索。哥伦比亚大学医学中心生理学家Stavroula Kousteni博士说:“我们认为还有其它的骨激素参与代谢调节,因为通常其他内分泌器官影响代谢都需要多种激素。”
Kousteni博士之前通过实验发现[5],成骨细胞FoxO1(负调控脂肪形成的转录因子)基因缺陷的小鼠会表现出吃得更少,体重下降,并且发现这种情况下成骨细胞表达出高量的脂质运载蛋白(LCN2)。LCN2以前一直被认为是一种脂肪因子(脂肪组织分泌的小信号分子)。现在来看,骨骼也可能与LCN2的产生有关。
为了确定LCN2的主要起源,这次研究人员设计了一个实验,分别敲除小鼠成骨细胞和脂肪细胞中的LCN2基因,结果发现,小鼠血液中LCN2水平分别降低了67%和27%。研究人员进一步分析了所有组织中的LCN2表达,最终确定骨骼为LCN2表达的主要器官,并且骨骼中的表达水平至少高于脂肪组织十倍。
野生型小鼠指定组织中LCN2表达水平的实时PCR分析
果然,骨骼通过分泌LCN2,使其扮演激素的作用,参与了调控机体的能量代谢。但是,LCN2的作用靶点又是哪里呢?
研究人员发现,敲除了成骨细胞LCN2基因的小鼠,葡萄糖耐量(机体对血糖浓度的调节能力)和胰岛素敏感性大幅降低,与野生型小鼠相比,给予葡萄糖后小鼠胰岛素分泌水平降低了50%,β细胞数量也出现了减少。而敲除了脂肪组织LCN2基因的小鼠并未出现类似的变化。
另外,缺乏LCN2的小鼠在饮食方面也出现了变化。3周龄的小鼠食物摄入量增加了23.7%,3个月大的小鼠食物摄入量增加了16.4%,小鼠整体表现出性腺肥大(16.5%),总脂肪量(19.6%)和体重(5%)增加。
与对照组想比,成骨细胞缺乏LCN2基因小鼠脂肪和体重的增加情况
在野生型小鼠实验中,发现进食后1-3小时后,小鼠血液中的LCN2含量升高了3倍,并且不再“积极”进食。而缺乏LCN2的小鼠,在喂食2小时后,仍具有2倍高的食物摄取速率。
也就是说,正常的小鼠在饱餐一顿后,吸收的营养会被成骨细胞感知,然后成骨细胞分泌了大量的LCN2做出应答,告诉你“不要再吃了”!而如果成骨细胞不能分泌LCN2,机体则将一直有食欲。
难不成,成骨细胞分泌的LCN2,还影响了大脑产生食欲?
没错,研究人员进一步研究发现,LCN2能够穿过血脑屏障,作用于位于下丘脑的黑皮质素4受体(MC4R),并激活MC4R依赖性的厌食(食欲抑制)通路。
成骨细胞分泌的LCN2激素,通过循环系统作用于大脑中的受体,抑制食欲
MC4R能够调节啮齿动物和人类的食物摄入、能量代谢和体重。据以往研究,人类MC4R突变占到儿童肥胖的5%,占成年肥胖的0.5%-2.5%,而小鼠中MC4R的缺失则会导致嗜食性肥胖症[6]。
至于骨骼为何“操心”能量代谢,并“出手”干预食欲,研究人员表示还不得而知。但这一结果已经扩大了人们对食欲控制以及骨骼内分泌作用的理解,并将LCN2鉴定为作用于MC4R抑制食欲的骨源激素,也为治疗肥胖、2型糖尿病和其它代谢性疾病提供了新的线索。
大家也许会说,调节机体血糖和能量代谢的因素那么多,骨钙素和LCN2能算老几?诚然,目前对于骨骼分泌的LCN2及其它激素作出任何明确的表态还为时过早,更不用说医疗影响。
但是正如美国缅因州斯卡伯勒分子医学中心骨骼内分泌学专家Clifford Rosen所说[6],“研究发现了我们之前忽视的东西,有一点很清楚,骨骼作为一个沉默旁观者的时代已经结束了。”
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